Режим короткого замыкания.

Режимом короткого замыкания трансформатора называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко или на очень малое сопротивление. Короткое замыкание в условиях эксплуатации создаёт аварийное состояние, поскольку вторичный ток, а, следовательно, и первичный, увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальными, что может вызвать разрушение трансформатора. Поэтому в цепях с трансформатором должна быть предусмотрена защита, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательные опыты по короткому замыканию трансформатора. Для этого опыта на первичную обмотку подаётся очень маленькое (близкое к нулю) напряжение, а зажимы вторичной обмотки трансформатора замыкаются накоротко. Таким образом, в режиме короткого замыкания на трансформатор подаётся очень маленькая мощность. Посредством вольтметра, амперметра и ваттметра измеряются напряжение U₁^кор, ток I₁^кор и мощность Р₁^кор, потребляемая трансформатором. При очень малом напряжении U₁, и малом токе первичной обмотки в сердечнике возбуждаются малые магнитные потоки Φ_кз (основной магнитный поток сцепления уже сравним с магнитным потоком рассеяния, которым пренебрегали в рассматриваемых ранее электромагнитных процессах). Малость магнитных потоков приводит к тому, что потери в стали сердечника становятся близки к нулю (Р_ст  0). Вместе с тем при опыте короткого замыкания величины сил токов, а значит и потери в проводниках обмоток такие же, как и при нагрузке. На этом основании можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощность Р₁^кор затрачивается на джоулевы потери в проводниках обмоток трансформатора:

Р₁^кор = I₁² r₁ + I₂²·r₂.

Иногда трансформатор представляют в виде упрощённой эквивалентной схемы, для которой используется понятие активного сопротивления. Активное сопротивление трансформатора или сопротивление короткого замыкания R_КЗ определяется в режиме короткого замыкания как:

.

46.10

Опыт короткого замыкания служит также контрольным опытом для определения коэффициента трансформации. Так как в этом режиме суммарный магнитный поток в сердечнике очень мал, то в первом приближении намагничивающая сила в первичной цепи I₁·n₁ уравновешивается размагничивающим действием вторичного тока I₂·n₂:

I₁·n₁  I₂·n₂.

Следовательно:

.

46.11

Порядок выполнения работы.

Рис. 46.2.

1. Изучить схему (Рис. 46.2), стационарно собранную на лабораторном столе.

2. Провести опыт холостого хода трансформатора.

Для этого:

1. Проверить положение ключей К₁ и К₂ во вторичной цепи. Они должны быть разомкнуты.

2. Установить напряжение U₁ = 120 В в первичной цепи с помощью ЛАТРа.

3. Снять показания всех приборов и записать их в первую строку Таблицы 46.1.

3. Выполнить измерения в рабочем режиме трансформатора.

Для этого:

1. Замкнуть ключ К₁ во вторичной цепи.

2. Напряжение в первичной цепи U₁ = 120 В поддерживать постоянным в течение опыта.

3. Изменять ток I₂ вторичной цепи от 1 до 10 A через 1 A, изменяя сопротивление нагрузки с помощью реостатов R₁ и R₂.

4. Показания всех приборов свести в Таблицу 46.1.

4. Провести опыт короткого замыкания трансформатора.

Для этого:

1. Напряжение в первичной цепи установить равным 0 (U₁ = 0 В)

2. Только после того, как убедитесь, что вольтметр первичной цепи показывает 0, можно замкнуть ключи К₁ и К₂ во вторичной цепи.

3. С помощью ЛАТРа постепенно увеличивая напряжение в первичной цепи последовательно установить значения тока I₂ от 2 А до 10 А через 2 А. В Таблицу 46.2 занести показания амперметра и ваттметра (I₁ и P₁) в первичной цепи.

4. . В Таблицу 46.2 занести показания амперметра и ваттметра (I₁ и P₁) в первичной цепи.

Таблица 46.1.

U1, В	I1, А	P1, Вт	U2, В	I2, А	P2, Вт
Режим холостого хода
1201	15	43	105	0	0
Рабочий режим
				1,0
				2,0
				…
				…
				10

Таблица 46.2. Режим короткого замыкания

I2, А	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0
P1, Вт
I1, А

Содержание отчёта

1. Таблицы наблюдений в режиме холостого хода, рабочем режиме и в режиме короткого замыкания.

2. Расчёт коэффициента трансформации К из данных Таблицы 46.1 по формуле (46.3).

3. Величину потерь мощности в стальном сердечнике трансформатора, определённую из Таблицы 46.1.

4. Расчет значений КПД трансформатора в зависимости от тока во вторичной обмотке  = = f(I₂). График зависимости  = f(I₂).

5. Вычисление значений cos₁ и cos₂ по формулам (46.7) и (46.9). Графики зависимости этих коэффициентов от мощности I₂.

6. Расчёт среднего значения активного сопротивления r из данных Таблицы 46.2 по формуле (46.10).

7. Расчёт среднего значения коэффициента трансформации К из данных Таблицы 46.2 по формуле (46.11). Сравнение полученного значения с коэффициентом, рассчитанным по формуле (46.3).

8. График зависимости потерь мощности в проводах обмоток от величины I₂ (P_пр = f(I₂)) (по указанию преподавателя).

9. Из построенного графика (P_пр = f(I₂)) найти то значение тока I₂, при котором P_ст = P_пр. Убедиться, что положение максимума КПД приходится на это значение тока.

Контрольные вопросы

1. Какой физический закон лежит в основе работы трансформатора?

2. Какие режимы работы трансформатора предлагается изучить в работе?

3. Что такое коэффициент мощности трансформатора?

4. В каком режиме можно определить коэффициент трансформации?

1 Числа, записанные в этой строке таблицы, являются примером записи результатов.